淺談制藥企業中的發酵工藝優化

李寧+張鳳+齊志強

摘 要：近年來發酵工程技術應用廣泛，發酵中如何優化工藝參數，進一步降低生產成本成了制約企業發展的關鍵因素。本文作者結合發酵方面的理論知識和生產經驗，對抗生素發酵生產中培養基、pH、溶氧、補料控制及滅菌等重點工藝做了簡要論述。

關鍵詞：發酵；pH；溶氧；工藝；滅菌

中圖分類號：TQ465.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0187-01

目前制藥企業發酵技術的提高主要是菌種的不斷改良及工藝優化，因菌種改良需配備較強的技術人員及設備設施，成本投資巨大，所以工藝優化就成為制藥人員提高發酵指標的最有效的技術手段。

1 優化培養基配方

（1）優化碳氮比例，尤其重視有機氮源。培養基中合適的碳氮比例對菌體的生長繁殖及產物合成影響極為明顯。碳源過多，容易導致pH過低，不足則會引起菌體衰老甚至自溶。氮源過多，微生物生長旺盛，影響產物的積累，過少則菌絲量過少。目前抗生素發酵中，許多微量元素必須靠有機氮源補充，但因其大部分為農副產品，受產地、工藝、運輸及貯存等條件的不一樣質量各異。企業應該不斷試驗、一旦確定廠家建議不要輕易更改，每次收料前做好質量復核，每批留樣跟蹤生產使用情況，做好及時反饋[1]。（2）重點關注培養基pH控制，因不同菌體工藝pH不同，單純的配料很難達到，常常采用加酸堿的方法來調節，目前很多企業采用生理酸性物質如硫酸銨和生理堿性物質氨水來控制，調節pH同時補充氮源，用緩沖劑如碳酸鈣作為緩沖液穩定pH。在青霉素發酵中，常用葡萄糖和氨水來均衡，葡萄糖為自控系統流加，氨水采用少量間歇或少量自動流加，避免一次加入過量造成局部偏堿，造成對菌體的傷害。

2 合適的溫度

（1）提高自身菌體耐受溫度，目前制藥企業對自己生產的抗生素菌種所需最合適溫度研究比較透徹，菌種的更新換代提高其耐受溫度，可以減少炎熱天氣降溫的設備能耗，同時又可以降低污染雜菌幾率，對生產水平提高及成本降低均有益處。這是不同制藥企業必須認真研究的方向。（2）探索不同時期不同溫度控制，滅菌時對培養基破壞嚴重，需要尋找既能保證無菌又盡可能小的降低培養基破壞程度的平衡溫度及壓力。一般來講發酵培養過程中菌體生長溫度略高可以加快菌絲繁殖，但是溫度過高（俗稱發燒）易導致菌絲自溶嚴重影響代謝產物的產出，尤其是后期發酵。

3 優化pH指標

合適的pH可以加快各種酶的反應，適宜菌體生長及代謝產物的產出，為了達到最佳生產，抗生素生產必須根據菌種特性選擇不同的pH。（1）消毒前后pH的控制，在消毒時選擇合適的pH，，減少對pH敏感的原材料的破壞，消毒后通酸堿調節，如青霉素發酵生產中消前pH4.5-5.0左右，消后加氨水至5.5-6.0左右，大大減少了培養基營養物質的破壞。（2）注意營養物質利用對pH的影響，通過在不同發酵周期調整不同的pH，可以減少雜質的產生。培養過程中pH變化是菌體對碳源、氮源物質的利用造成的，產生的有機酸，如丙酮酸、乳酸、乙酸等積累使pH下降。補料過程中pH通過添加葡萄糖、玉米槳等物料進行調節比單純的通酸堿對提高發酵水平有利。（3）重視后期到放罐pH控制，因其對后面的過濾影響較大[2]。

4 溶氧工藝的優化

（1）根據發酵周期調節變頻、通氣量、罐壓等調節溶氧。如果發酵罐罐體較深，攪拌功率大，通氣孔多，溶氧就高。但是過大的攪拌速度，容易造成菌絲自溶化稀，導致逃液甚至污染雜菌，企業選定設備時需綜合考慮。（2）通過補料可以緩解溶氧，通過合適的補料時間和補料量控制可達到調節溶氧的效果。比如青霉素生產中，減少滴加豆油和放慢補糖速率可有效提高溶氧。（3）通過提高空壓提高溶氧，因為空壓提高需要消耗較多的能源，實際運行不經濟，制藥企業一般都是根據公司品種合理安排高低壓空氣供應。

5 優化補料控制

（1）通過儀表參數來控制補料的流速，在青霉素的發酵中，通過控制溶氧的穩定及液面情況來調節液糖加量；（2）通過檢測指標調整補料量，比如頭孢菌素發酵重點是補油后的過程控制管理，要根據殘油及其它的指標調整補油量，制定補油上限。

6 重視滅菌工藝

（1）溫度及時間是滅菌的關鍵應重視。一般來講溫度越高，滅菌時間越長滅菌效果越好，但是對培養基的破壞也越高。根據菌種不同，尋找無菌和營養之間的最佳平衡點是制藥企業需要長期攻關的工作。（2）分析導致染菌的原因，大致為設備、管道、滅菌不徹底、閥門泄漏、空氣凈化不好、后補物料或接種帶菌等。其中空氣凈化失效帶菌在眾多染菌實例中所占比例最大，所以一定保持空氣干燥潔凈。在夏季，許多制藥企業規定加大頻次除濕或更換空氣過濾器來保證無菌。

7 結語

目前發酵生產工藝參數眾多，各參數之間相輔相成，實際生產中，一定要綜合考慮，不斷積累生產經驗，通過現象剖析本質原因，從而不斷優化各種工藝參數，提高發酵生產水平。

參考文獻

[1]賀小賢，主編.生物工藝原理[M].化學工業出版社，2003.

[2]范文斌，池永紅，主編.發酵工藝技術[M].重慶大學出版社，2014.